(57)【要約】【課題】伝熱性能の低下や流路抵抗の増大、ゴミ等への耐性の低下を生じることなく、第２の流路空間を含めたプレート式熱交換器の耐圧性能を向上させること。【解決手段】第１の流路空間が、凸条同士を交差衝合させて対向させた伝熱プレートの凹条同士で形成され、第２の流路空間が、伝熱プレートに備えた支持部により対向する伝熱プレートの凸条同士が間隔をもって配置されるように支持される一対の伝熱プレートで形成されたプレート式熱交換器であって、複数枚積層して形成した伝熱プレートの上下の各最外郭を、第１の流路空間となるように構成するとともに、最外郭となる第１の流路空間を構成する伝熱プレートに、伝熱プレートよりも剛性の高い補強プレートを接合する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凸条および凹条が交互に形成された伝熱面を有する伝熱プレートを複数枚積層して形成され、
積層された前記伝熱プレートの間に、熱交換媒体が流れる第１の流路空間と被熱交換媒体が流れる第２の流路空間とが交互に複数設けられ、
前記第１の流路空間が、前記凸条同士を交差衝合させて対向させた前記伝熱プレートの前記凹条同士で形成され、
前記第２の流路空間が、前記伝熱プレートに備えた支持部により対向する前記伝熱プレートの前記凸条同士が間隔をもって配置されるように支持される一対の前記伝熱プレートで形成されたプレート式熱交換器であって、
前記複数枚積層して形成した前記伝熱プレートの上下の各最外郭を、前記第１の流路空間となるように構成するとともに、
前記最外郭となる前記第１の流路空間を構成する前記伝熱プレートに、前記伝熱プレートよりも剛性の高い補強プレートを接合したことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】
前記補強プレートに、開口部、および／または、切欠部を備え、
前記開口部、および／または、前記切欠部は、前記最外郭となる前記伝熱プレートの、前記第１の流路空間へ前記熱交換媒体を流通させる高温側出入口、および／または、
前記最外郭となる前記伝熱プレートの、前記第２の流路空間へ前記被熱交換媒体を流通させる低温側出入口、
に対応する、前記補強プレート上に形成されるとともに、
前記補強プレートは、
前記最外郭となる前記伝熱プレートの、前記高温側出入口との接続部近傍と、
前記最外郭となる前記伝熱プレートの、前記低温側出入口との接続部近傍と、
の、少なくともいずれか一方を覆うように構成し、前記高温側出入口との接続部近傍および／または前記低温側出入口との接続部近傍となる前記伝熱プレートの補強を行うことを特徴とする、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項３】
前記開口部、および／または、前記切欠部は、
前記プレート式熱交換器の寸法検査を行うための寸法測定位置を露出させるように設けられているか、
前記支持部に対応する位置に設けられているか、
前記プレート式熱交換器を製造する際の前記伝熱プレートを加圧固定する位置に対応する位置に設けられていること、
を特徴とする、請求項１または２に記載のプレート式熱交換器。
【請求項４】
前記第２の流路空間を、対向する前記伝熱プレートと一体に形成され、前記伝熱面間に配設された支持部により、前記凸条同士が間隔をもって配置されるように構成したことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のプレート式熱交換器。
【請求項５】
前記第２の流路空間を、対向する前記伝熱プレートの外周に一体に形成した支持部により、前記凸条同士が間隔をもって配置されるように構成したことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のプレート式熱交換器。
【請求項６】
前記補強プレートを前記伝熱プレートにロー付けにより接合する前に、スポット溶接により仮固定を行うことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１つに記載のプレート式熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換媒体が流れる第１の流路空間と被熱交換媒体が流れる第２の流路空間とが伝熱プレートを挟んで交互に設けられたプレート式熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のプレート式熱交換器は、第２の流路空間に流れる媒体が、例えば風呂に使用される浴槽水の場合、浴槽水中の髪の毛、ゴミ、ぬめり、スケール等が付着し、流路閉塞が生じる問題を解決するため、第２の流路空間を、対向する伝熱プレートの伝熱面間に配設された支持部により、凸条同士が間隔をもって配置された一対の伝熱プレートで構成している。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のプレート式熱交換器では、第２の流路空間における対向した伝熱プレートの伝熱面間に設けた支持部により耐圧性能を確保しているので、第２の流路空間の実使用上の必要耐圧にあわせて設計した場合、実使用上の必要耐圧よりも数倍から十数倍高い、性能基準担保のための試験規格上の耐圧基準に対する性能確保ができない場合がある。この耐圧基準に適合させるためには、伝熱プレートの板厚を大きくするか、支持部の数を増やす等の対策が必要であり、板厚を大きくすれば伝熱性能の低下、支持部の数を増やせば流路抵抗の増大やゴミ等への耐性の低下を生じるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、伝熱性能の低下や流路抵抗の増大、ゴミ等への耐性の低下を生じることなく、第２の流路空間を含めたプレート式熱交換器の耐圧性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
凸条および凹条が交互に形成された伝熱面を有する伝熱プレートを複数枚積層して形成され、積層された伝熱プレートの間に、熱交換媒体が流れる第１の流路空間と被熱交換媒体が流れる第２の流路空間とが交互に複数設けられ、第１の流路空間が、凸条同士を交差衝合させて対向させた伝熱プレートの凹条同士で形成され、第２の流路空間が、伝熱プレートに備えた支持部により対向する伝熱プレートの凸条同士が間隔をもって配置されるように支持される一対の伝熱プレートで形成されたプレート式熱交換器であって、複数枚積層して形成した伝熱プレートの上下の各最外郭を、第１の流路空間となるように構成するとともに、最外郭となる第１の流路空間を構成する伝熱プレートに、伝熱プレートよりも剛性の高い補強プレートを接合する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、伝熱性能の低下や流路抵抗の増大、ゴミ等への耐性の低下を生じることなく、第２の流路空間を含めたプレート式熱交換器の耐圧性能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１のプレート式熱交換器の斜視図（ａ）、およびその部分展開図（ｂ）である。
【図２】図１（ａ）のＡＡ断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２のプレート式熱交換器の斜視図（ａ）、およびその部分展開図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るプレート式熱交換器１０１の斜視図（ａ）と、その一部展開状態を示す図（ｂ）、図２は、図１（ａ）に示した斜視図における仮想平面（図中の一点鎖線）ＡＡでの断面図である。図１、図２に示すように、プレート式熱交換器１０１は、凸条および凹条が交互に形成された伝熱面１１０を有する伝熱プレート１２０を複数枚積層し、積層された各伝熱プレート１２０の間に、熱交換媒体が流れる第１の流路空間と被熱交換媒体が流れる第２の流路空間とが交互に複数設けられている。この第１の流路空間は、凸条同士を交差衝合させて対向させた伝熱プレート１２０の凹条同士で形成されており、また第２の流路空間は、伝熱プレート１２０に備えた支持部１１２（図２の破線で囲まれた部分が相当）により対向する伝熱プレート１２０の凸条同士が間隔をもって配置されるように支持される一対の伝熱プレート１２０で形成されている。また、複数枚積層して形成した伝熱プレート１２０の上下の各最外郭が、上述の第１の流路空間となるように構成されている。また、各々の伝熱プレート１２０間は、その接点をロー付けで接合して構成しており、水密性および気密性と耐水圧性を保っている。
【００１０】
また、プレート式熱交換器１０１は、図１（ａ）の長手方向の上端部における、短手方向の右側に第１の流路空間と連通する高温側入口４１が、短手方向の左側に第２の流路空間と連通する低温側出口４４が、伝熱プレート１２０の面から略垂直に突出してそれぞれ設けられている。また、その長手方向の下端部における、短手方向の右側に第２の流路空間に連通する低温側入口４３が、短手方向の左側に第１の流路空間に連通する高温側出口４２が、伝熱プレート１２０の面から略垂直に突出してそれぞれ設けられている。すなわち、高温側入口４１と高温側出口４２とが、伝熱プレート１２０の面における対角位置に設けられており、低温側入口４３と低温側出口４４とが、伝熱プレート１２０の面における対角位置に設けられている。
【００１１】
伝熱プレート１２０の主要な伝熱領域は図１（ｂ）の破線で囲んだ領域（伝熱面１１０）であり、各々の伝熱プレート１２０の板面に複数の凸条および凹条が交互に形成され、伝熱面積を増大させた伝熱面１１０を有している。また、伝熱プレート１２０は、伝熱面１１０の長手方向に延びる中心線上における中部と、その中部と長手方向とのさらに中部とに、前述の支持部１１２が設けられている（本例では３箇所となる）。プレート式熱交換器１０１の上下の各最外郭は、第１の流路空間となるように構成される。
【００１２】
次に、本発明における特徴的な部分について説明する。プレート式熱交換器１０１は、図１、図２に示すように、最外郭となる第１の流路空間を構成する伝熱プレート１２０に、伝熱プレート１２０より剛性の高い材料で構成された補強プレート１３０が、ロー付けにより接合されている。補強プレート１３０は、伝熱プレート１２０よりも高い剛性を確保するために、本例では、伝熱プレート１２０よりも板厚を大きくした金属製の板材で構成されており、さらに剛性を向上させるとともに伝熱プレート１２０との密着性を向上させる目的で伝熱プレート１２０との接合面に習った形状となるように側面をリブ立てした略コの字の形状となっている。なお、剛性を高めるための別の手段（例えば別の箇所にリブ立て、補強部材を追加、など）を用いて、この補強プレート１３０を構成してもよい。このように、補強プレート１３０は、プレート式熱交換器１０１の上下の最外郭となる伝熱プレート１２０の形状に合わせて、略コの字形状に形成され、最外郭となる伝熱プレート１２０にロー付けにより取付固定されることで、プレート式熱交換器１０１の外郭の強度を向上させるように構成されている。
【００１３】
次に、本実施の形態１の構成による効果について説明する。第１の流路空間と連通する高温側入口４１、高温側出口４２および、第２の流路空間と連通する低温側出口４４、低温側入口４３へ、実使用上の必要耐圧よりも数倍から十数倍高い、プレート式熱交換器１０１の性能基準（水道法や政令、省令等による基準、および給水器具認証等による基準）担保のための試験規格上の耐圧基準による高圧（の流体、例えば１．７５ＭＰａ）を印加した場合、第１の流路空間および第２の流路空間には高圧の流体による水圧が作用し、各伝熱プレート１２０は外部に向かって膨らむ方向に応力を受ける。ただし、各伝熱プレート１２０は互いに積層状態でロー付け固定されているため高強度となっているので、外部に向かって膨らもうとする応力に対して強固であり、プレート式熱交換器１０１の構造上、最も脆弱となる最外郭の伝熱プレート１２０が外側に向かって膨らもうとする応力を大きく受けることになる。
【００１４】
このとき、本実施の形態１の構成によれば補強プレート１３０により最外郭の伝熱プレート１２０を強固に補強しているので、水圧によって生じる外部に向かって膨らもうとする応力に対抗し、プレート式熱交換器１０１の変形や破損を防止できる。また、この場合、結果としてプレート式熱交換器１０１の最外郭となる補強プレート１３０には、水圧を受ける流路空間はないので、それ自身が水圧で膨らむ応力を受けることが無い。従って、最外郭の伝熱プレート１２０を確実に補強しプレート式熱交換器１０１の強度を確保することが可能となる。
【００１５】
以上のように本実施の形態１によれば、補強プレート１３０により最外郭の伝熱プレート１２０を強固に補強しているので、第２の流路空間の実使用上の必要耐圧にあわせて、伝熱プレート１２０の厚さや強度を設計した場合であっても、実使用上の必要耐圧よりも数倍から十数倍高い、性能基準担保のための試験規格上の耐圧基準に対する性能確保ができ、この耐圧基準に適合させるために、伝熱プレート１２０の板厚を大きくしたり、支持部の数を増やす等の対策が不要であり、伝熱性能の低下や流路抵抗の増大、ゴミ等への耐性の低下を生じることなく、第２の流路空間を含めたプレート式熱交換器の耐圧性能を向上させることが可能となる。
【００１６】
実施の形態２．
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。図３は、本発明の実施の形態２に係るプレート式熱交換器１０１の斜視図（ａ）と、その一部展開状態を示す斜視図（ｂ）である。図３において、図１、図２と同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。
【００１７】
図３に示すように、補強プレート１３０ａは、最外郭の伝熱プレート１２０にロー付けした際に支持部１１２を避けるように、支持部１１２に対応した位置に開口部１３１を備えている。プレート式熱交換器１０１を製造する際、ロー付けにより各伝熱プレート１２０を固着して形成するが、そのロー付けが正しく行われているか（各伝熱プレート１２０により、第１の流路空間および第２の流路空間が正しく形成されているか）を、積層状態での全体の伝熱プレート１２０の高さによって確認する。この支持部１１２は、凸条および凹条が交互に形成された伝熱面１１０を有する伝熱プレート１２０を複数枚積層した伝熱面１１０の構成において、正しく平面を成し、積層状態での寸法測定に好適な部位となっている。すなわち、プレート式熱交換器１０１を製造して、そのロー付けが正しく行われているかを確認するために行う寸法検査の際には、開口部１３１から、積層した上下の支持部１１２の高さを測定可能となり、補強プレート１３０ａを取り付けた完成状態での寸法検査が容易に、かつ確実に実施可能となる。
【００１８】
また、補強プレート１３０ａには、高温側入口４１、高温側出口４２、低温側入口４３、低温側出口４４と、伝熱プレート１２０との接合部の近傍を覆うように切欠部１３２が形成されている。この接合部の近傍の伝熱プレート１２０は、図３に示すように平面に構成されているため、伝熱プレート１２０内部の圧力が上昇した場合に、凸条および凹条が交互に形成された伝熱面１１０よりも剛性が低い。このため、本実施の形態２においては、補強プレート１３０ａを最外郭の伝熱プレート１２０にロー付け固定する際に、この接合部近傍をも覆うように補強プレート１３０を構成してロー付けにより補強することで、この部分の補強をも行うように構成したものである。また、補強プレート１３０を最外郭の伝熱プレート１２０にロー付けのために載置するときに、切欠部１３２により、高温側入口４１、高温側出口４２、低温側入口４３、低温側出口４４とで位置決めが可能となり、別途の治具等を用いることなく簡易に製造が可能となる。なお、本実施の形態２では、接合部近傍を覆うような補強プレート１３０の切欠部１３２の形状を切欠きと開口穴により形成したが、これに限らない。例えば切欠きのみや開口部のみにより接合部近傍を覆うように構成してもよい。
【００１９】
また、補強プレート１３０ａを伝熱プレート１２０上にロー付けのために仮固定する手段として、スポット溶接等で数点両者を溶接固定しても良い。これにより、ロー付けのための炉中で補強プレート１３０ａと伝熱プレート１２０との位置ずれを生じることがないので、確実に目的の位置にロー付け固定することが可能となる。
【００２０】
以上、本実施の形態２によれば、前述の実施の形態１での効果に加えて、以下のような効果を奏する。すなわち、補強プレート１３０ａに開口部１３１が形成されて、プレート式熱交換器１０１の寸法測定位置（支持部１１２）が露出することによって、プレート式熱交換器１０１の寸法測定が可能となり、そのロー付けが正しく行われているか（各伝熱プレート１２０により、第１の流路空間および第２の流路空間が正しく形成されているか）を、補強プレート１３０ａを取り付けた完成状態で寸法検査が容易に、確実に実施可能となる。
【００２１】
なお、本実施の形態２では、寸法検査のための測定部位として開口部１３１で開口する部分を支持部１１２としたが、例えば伝熱プレート１２０上に別の測定ポイントを設けて、そこに対応するように開口部１３１を設けても良い。また、寸法測定の位置とは別に、プレート式熱交換器１０１を製造する際に、伝熱プレート１２０をロー付け固定する前の段階で、積層状態でロー付けの為の炉に入れる際に、伝熱プレート１２０を加圧固定する部位（図示せず）に対応する位置に開口部１３１を設けても良い。これにより、補強プレート１３０を取り付けた状態でも、加圧固定する部位を外部に露出させることが可能となるので、その部位を加圧固定しながら補強プレート１３０を含めて炉中でロー付けを行うことが可能となり、生産性が向上する。さらにこの加圧固定する部位を前述の寸法測定する部位と同一部位となるようにしてもよい。
【００２２】
また、補強プレート１３０ａが、高温側入口４１、高温側出口４２、低温側入口４３、低温側出口４４と、伝熱プレート１２０との接合部近傍を覆うように切欠部１３２を形成し、補強プレート１３０ａを最外郭の伝熱プレート１２０にロー付け固定する際に、この接合部近傍をも覆うように補強プレート１３０を構成したので、高温側入口４１、高温側出口４２、低温側入口４３、低温側出口４４と、伝熱プレート１２０との接合部近傍の補強をも行うことが可能となる。なお、本実施の形態２では、切欠部１３２を各出入口（４１〜４４）に対応する位置の補強プレート１３０ａ上に設けたが、例えば、一部の出入口に対応する部分のみに設けるように構成してもよい。
【００２３】
なお、本発明の実施の形態１、２では、プレート式熱交換器１０１は、複数枚積層して形成した伝熱プレート１２０の上下の各最外郭を、上述の第１の流路空間となるように構成した場合について述べたが、これに限らない。すなわち、最外郭を上述の第２の流路空間となるように構成してもよいし、上下の外郭を第１と第２の流路空間で別々に構成してもよい。この場合でも、上述の実施の形態による効果と同様の効果を奏する。なお、最外郭を上述の第２の流路空間となるように構成すれば、第１の流路空間を流れる熱交換媒体に対して低温となる被熱交換媒体が流れる側が外側となるので、第１の流路空間側を最外郭とする場合に比べて、表面の温度を低減させることが可能となり、流れる熱交換媒体のエネルギー損失が抑えられるという効果、および補強プレートからの放熱を抑えるとともに、表面温度が低下し取扱上も容易となり、熱的絶縁を介してプレート式熱交換器を各種機器に取り付ける際に、その熱的絶縁構成を簡素化可能となるという効果を奏する。
【００２４】
また、本発明の実施の形態１、２では、プレート式熱交換器１０１は、第２の流路空間を、伝熱プレート１２０に備えた支持部１１２により対向する伝熱プレート１２０の凸条同士が間隔をもって配置されるように支持される一対の伝熱プレート１２０で形成する例について説明したが、これに限らない。すなわち、第２の流路空間を、対向する伝熱プレートの外周に一体に形成した支持部（例えば縁の部分に備えた凸状のリブなどの、プレート式熱交換器の公知一般的な構成）により、凸条同士が間隔をもって配置されるように構成してもよい。この場合でも前述と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００２５】
４１  高温側入口
４２  高温側出口
４３  低温側入口
４４  低温側出口
１０１  プレート式熱交換器
１１０  伝熱面
１１２  支持部
１２０  伝熱プレート
１３０、１３０ａ  補強プレート
１３１  開口部
１３２  切欠部
【図１】
2013050240.tif 000003
【図２】
2013050240.tif 000004
【図３】
2013050240.tif 000005